宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学(x长城有什么特点和景观特点 长城是谁修建的ué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用长城有什么特点和景观特点 长城是谁修建的(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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